JPS6120559A

JPS6120559A - 中空糸型人工肺

Info

Publication number: JPS6120559A
Application number: JP59138695A
Authority: JP
Inventors: 出口　広巳; 長山　清貴
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1984-07-04
Filing date: 1984-07-04
Publication date: 1986-01-29
Also published as: EP0167162A2; EP0167162A3; NL233514A; AU4451885A; EP0167162B1; BE902819A; DE3574341D1; JPH04669B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ■　発明の背景技術分野本発明は、体外血液循環において血液中の二酸化炭素を
除去し、血液中に酸素を添加する中空糸型人工肺に関す
る。

先行技術とその問題点従来、人工肺は、大別して、気泡型と模型に分類される
。　積層型、コイル型、中空糸型等の脱型人工肺は、気
泡型人工肺に比較して、溶血、蛋白変性、血液凝固、血
液付着等の血液損傷が少なく、機溝上生体朧に非常に近
いものとして広く認識されている。

しかしながら、上記脱型人工肺の気泡聖人ＴＩ柿に対す
る優位性にもかかわらず、脱型人工肺のもつ以下の欠点
により、現在の開心術に用いられる人工肺としては気泡
型人工肺が主流となっている。

現在の脱型人工肺において、十分な酸素添加能を得るた
めには、血流層を薄くする必要があることから、また血
液の流路が狭く、大きな流路抵抗を生ずることから、患
者と人工肺との落差によって人工肺における血液の潅流
を達成可能とする、いわゆる落差”潅流を行なうことが
できない。

したがって、脱型人工肺を用いる血液回路は、人工肺の
血液流入口側すなわち静脈側にポンプを配置する必要が
ある。

しかしながら、ポンプの出口付近の圧力が。

送血カテーテル部分の圧力損失と人工肺の圧力損失との
和を越える大きさとなって、送血側回路内圧が上昇する
という問題点があった。

そして、過度の場合には、ローラーポンプのチューブが
ふくらみ、破裂の危険がある。

さらには、関心術において、脳の部分と、下半身部分と
に対し別々に体外循環を行なう分離体外循環では、２本
の人工肺を必要とする不都合がある。

加えて、最近、生体に近い血液で体外循環を行ない、術
後の合併症を軽減させる方法として、拍動流ポンプの使
用が提唱されているが、従来の模型人玉髄では、圧力損
失が高く拍動流が得られない等の問題がある。

そこで、中空糸膜の外側、すなわち中空糸膜とハウジン
グとの間に血液を流し、中空糸膜の内側番こ酸素を流す
ことによって、酸素と炭癩ガスの交換を行なうことが提
案されている。（特開昭５９−５７６６１号）。

しかし、落差脱液を可能としつつ、かつ十分なガス交換
性能の得られる人工肺は未だ得られていない。

ＩＩ　　発明の目的本発明の目的は、ハウジングと中空糸膜との間に血液を
流し、かつ中空糸膜内に酸素ガスを流す中空糸型人工肺
において、人工肺への血液流入は患者と人工肺の落差の
みで可能であり。

しかも中空糸膜内に血液を流しガス交換を行なう人工肺
と比較して、膜面積を減少させても十分な性能が得られ
る小型化可能な中空糸を人１あの最適サイズ条件を提供
することにある。

このような目的は、下記の本発明によって達成される。

すなわち本発明は、ハウジングと、該ハウジング内にお
いてハウジングの長手方向に沿って配置された多数のガ
ス交換用の中空糸膜の中空糸束と、該中空糸膜の両端部
をその開口を閉寒しない状態で上記ハウジングに液密に
保持する隔壁と、それぞれ上記中空糸膜の内部空間に連
通ずるガス流入口およびガス流出部と、上記隔壁と上記
ハウジング内壁と上記中空糸膜外壁とで画成される血液
室と、それぞれ該血液室に連通しハウジングの一端部付
近の側壁に設けられた血液流入口およびハウジングの他
端部付近に設けられた血液流入部とを有し、隔壁部での中空糸束のｄ、が３０％以下であり、ハウジ
ング長手方向中央部での中空糸束の充填率ｄ２が４０〜
５０％であり、ｄ＋／ｄ２が０．６以下であることを特
徴とする中空糸聖人］二舖である。

また１本発明の実施態様は以下のとおりである。

（ｉ）　　上記ｄ＋／ｄ２が０．４〜０．６であること
。

（目）上記中空糸の充填率ｄ１が２０〜３０％であるこ
と。

（ｉｉｉ）上記中空糸膜は、ポリオレフィン製多孔性中
空糸膜であって、内径は１００〜１０００μｍ、肉厚１
０〜２００．ｗｍ、平均孔径は約２００〜２０００人か
っ空孔率は２０〜８０％であること。

（１マ）上記ポリオレフィン製多孔性中空糸膜は、ポリ
プロピレン製多孔性中空糸膜であること。

（マ）　上記ハウジングの内壁は、長手方向の中央部付
近における内径を最小とし、その最小内径部より両端部
方向に拡張するテーパー状になっていること。

■　発明の具体的構成以下、本発明の具体的構成について詳細に説明する。

本発明の人工肺１は、第１図に示すように構成される。

すなりち、筒状ハウジング２の内部空間には、中空糸膜
３の集合体である中空糸束３５が収納されている。

中空糸膜３の両端部は、隔壁４１．４２を介してハウジ
ング２に液密に保持されている。

ハウジング２の両端部には、ヘッダー２１゜２２が接合
されている。

ヘッダー２１の内面と隔壁４１とは、中空糸膜３の内部
空間に連通ずるガス流入室２３を画成し、ヘッダー２１
にはガス流入口２４が形成されている。

ヘッダー２２の内面と隔壁４２とは、中空糸Ｗ１３の内
部空間に連通ずるガス流出室２５を画成し、ヘッダー２
２には、ガス流出口２６が形成されている。

すなわち、人工肺ｌにあっては、ガス流入［１２４から
供給される酸素、空気等のガスを中空系膜３内に流通可
能としている。

なお、Ｌ記ヘッダー２２は特に設けず、ガス流出室２５
およびガス流出口２６を形成することなく、隔壁４２端
をガス流出部として、中空糸膜３から流出するガスを直
接大気中に放出せしめても良い。

また、隔壁４１，４２．ハウジング２の内面および中空
糸膜３の外面とは血液室５を画成する。

そしてハウジング２の両端部には、それぞれ血液室５に
連通ずる血液流入口６１をハウジングの一端部付近１例
えば下部側に設け　また血液流出口６２を他端部付近、
例えば」一部側に設けている。

すなわち、人工肺１にあっては、血液を血液室５におい
て、中空糸Ｍ３の周囲を乱流状態で流通可能としている
。

ここで、上記ハウジング２の血液流入口６１が設けられ
ている部分の内面は、ハウジング２の中間部分の内面よ
り外方に拡張した内面であって、中空糸膜３の集合体３
５の外周部との間に、環状の血液流路を形成し、この環
状の血液流路が臨む集合体の全周囲から各中空糸膜３に
血液を円滑に分配可能としている。

また、上記ハウジング２の血液流出口６２が設けられて
いる部分の内面は、ハウジング２の中間部分の内面より
外方に拡張した内面であって、中空糸ＷＡ３の集合体３
５の外周部との間に、環状の血液流路を形成し、各中空
糸ＩＩ！３の回りの血液を、この環状の血液流路が臨む
集合体の全周囲から、円滑に血液流出口６２に向けて導
入可能としている。

また、ハウジング２は、軸方向の中央部における内径を
最小とし、その中央部から両端部における内径を徐々に
拡径するテーパー状とし、集合体３５の外径をその軸方
向の中央部において絞っている。

すなわち、人工肺ｌは、ハウジング２が加える集合体３
５の絞りにより、集合体３５の横断面図における血液の
流れを均一化するとともに、集合体３５の軸方向におけ
る重液の流速を変化させることによって乱流状態の発生
を促進し、ガス交換効率を良好にできるようにしている
。

なお、ハウジング２の内面が、前記のようにテーパー状
とされるとともに、テーパー状内面と、血液流路を画成
する内面とが図示されるようなテーパー状接続面によっ
て接続されていることから、プライミング時に排出され
るべき空気が、血液室５内に滞留することなく、ハウジ
ング１５の内面に沿って円滑に移動し、外径に放出可能
となっている。

ここで、中空糸膜３としてはマイクロポーラス膜が用い
られている。

すなわち、中空糸膜３は、多孔性ポリオレフィン系樹脂
、例えばポリプロピレン、ポリエチレンといったものか
らなり、特にポリプロピレンが好適である。

この中空糸ＦＩＩＡ３は、壁の内部と外部を連通ずる多
数の細孔を有している。

細孔の内径は、１００〜１０００終、肉圧は、１０〜２
００終、平均孔径は、２００〜２０００人かつ空孔率は
、２０〜８０％である。

このマイクロポーラス膜からなる中空糸膜３を用いる場
合には、気体の移動が体積流として行なわれるため、気
体の移動における膜抵抗が少なくなり、高いガス交換性
能を得ることが可能となる。

なお、中空糸膜３は、必ずしもマイクロボーシス膜によ
らず、気体の移動を溶解、拡散によって行なうシリコー
ン製膜等を用いるものを用いることもできる。

さらに、前記隔壁４１．４２は、遠心注入法によって形
成されている。

すなわち、まず、ハウジング２の長さより長い多数の中
空糸膜３を用意し、この両開口端を粘度の高い樹脂によ
って目止めをした後、／＼ウジング２内に並べて位１せ
しめる。

この後、中空糸膜３の両端を完全に覆って。

ハウジング２の長手方向に定めた回転中心口りに、ハウ
ジング２の中心軸を回転の半径方向に置く状態下でハウ
ジング２を回転させながら、血液流入口６１．血液流入
口６２側から高分子ボッティング材を流入する。

流し、終って樹脂が硬化すれば、樹脂の外端面部を鋭利
な刃物で切断して中空糸膜３の両開口端を表面に露出さ
せることによって、隔壁４１．４２を形成する。

したがって隔ｇ４ｔ、ａ２の血液室５を臨む表面は、図
示のような円筒状凹面となる。

このような前提において、中空糸束３５の充填率には、
所定の制限が設けられている。

すなわち、隔壁部、すなわち隔壁４１．４２中での充填
率より具体的には中空糸３の開口部での充填率ｄ１は、
３０％以下である。

この場合、充填率は、中空糸束３５の外周包絡線で囲ま
れた面積で、全中空糸３の外径面積の総計を除したもの
である。

ｄｌが３０％をこえると、酸素移動量が必要とされる限
界もより小さくなってしまい実用に耐えない、　また、
圧力損失が増大し、落差脱血が不可能となる。

より具体的に説明するならば、落差脱血を行なうために
は、第２ｒＩ４に示されるように、手術台Ｏと床面Ｆま
での高さΔＨは、約１００ｃｍ（一般に９０〜１２０ｃ
ｍ）とされる、　すなわち、圧力損失は８０　ｍｍＨｇ
以下でないと、落差脱血は不可能である。

一方、血流量は、最大６．０交／　ｍ　ｉ　ｎ程度は必
要である。　そして、人工肺の酸素添加能としては、血
流量６．０ｓＬ／ｍｉｎにて、酸素移動量２４０ｍＱ／
ｍｉｎ以上が必要である。

そして、ｄｌが３０％以下となれば、これら要求特性は
満足される。

この場合、ｄｌは２０〜３０％となると、より好ましい
結果をうる。

ｄ、＜２０％では、人工肺のコンパクト性に欠けること
になり、血液充填量が増加し好ましくない。

さらに、この条件に加え、中空糸束３５のハウジング長
手方向中央部（絞り部）の充填率ｄ２　（最低充填率）
は、４０〜５０％でなければならない。

ｄ２〉５０％では落差脱血不可能となり、ｄ２＜４０％
では酸゛素添加能の点で実用に供しえない。

そして、ｄ１／ｄ２は０．６以下である必要がある。

０．６をこえると、落差脱血困難となり、かつ酸素添加
能の点で実用に供しえない。

この場合、装置のコンパクト性からはｄ＋／ｄ２は０．
４〜０．６となることが好ましい。

これらに加え、絞り部の中空糸束３５の径ｒ２　（ｍｍ
）は、ｎｉｔ流量ＱＢに対し、ｒ２≧６０　　Ｑ　Ｂ＝
　６−０１７　ｍ　ｉｎであることが好ましい。

これにより、落差のみで得られる血流量はより増大する
。

ただし、人工肺のコンパクト性からはｒ２は９０ｍｍ以
下であることが好ましい。

また、酸素添加能をより良好な値とするためには、膜面
積は、中空糸膜の内径基準にて、１　、５ｔｎ’以上と
することが好ましい。　この場合、コンパクト性をも考
慮に入れると２．０〜３　、０ｔｎ’が好ましい、　ま
た、本発明の中空糸型人工肺の他の実施例を第８図に示
す。

この実施例が第ｉＢのものと相違する点は、血液流出口
６２のかわりに、血液流出口、好ましくは図示のように
複数の血液流出口６５を有する血液流出部とした点、お
よびこの血液流出部に連通する血液貯溜室７を設けた点
にある。

なお、血液貯溜室７には排出ロア５が設けられている。

この実施例の人工肺ｌによれば、血液流出口と貯血槽と
をつなぐ回路を省略できるため回路全体における血流充
填優が減少することになる。

これは、血液の絶対量の少ない新生児等に得に有効であ
る。　さらに回路が筒略化できるため取扱も容易となる
等の利益を有する。

さらに、第９図に示すように、血液貯溜室７内に熱交換
器部８５を設ければ、血液貯溜室７と熱交換器とを接続
する回路を省略できるのでより好ましい。

■　発明の具体的作用効果本発明の人工肺は、第２図に示されるように、出口側に
ローラーポンプ７を配置し、患者と人工肺との落差のみ
による落差脱血を行なうことができる。

この場合、落差ΔＨ＝ｌＯＯｃｍ程度にて、圧力損失を
６０　ｍ　ｍ　Ｈｇ以下にできるので、十分な血流量が
確保される。

しかも、６　、　Ｏｌ　／　ｍ　ｉ　ｎの血流量で２４
０ｍＪｌｊ／ｍｉｎ以上の酸素移動量が得られる。

この場合、中空糸膜の内側に血液を流す人工肺と比較し
て、約半分の膜面積で、同等の酸素添加能であり、小型
軽量化や、材料コスト低減のへできわめて有用である。

ざら（二、本発明の人工肺は、第３図に示されるように
、出口側に２つのローラーポンプ７１．７５を接続して
分離体外循環を支障なく行なうことができる。

また、第４図に示されるように、拍動流ポンプ８を用い
ることもできる。

そして、前記実施態様（ｉ）、（ｉｉ）によれば、装置
がコンパクト化し、血液充填酸が減少する。

また、前記実施態様（目ｉ）、（ｉｉ）によれば、ガス
交換性能はきわめて高いものとなる。

そして、前記実施態様（マ）によれば、血液流が均一化
し、ガス交換性能が向トする。

未発ｏ１１名らは、本発明の効果を確認するため種々実
験を行なった。

以下にその１例を示す。

実験例ポリプロピレン製の下記の中空糸を用いて、第１図に示
される人工肺を作成した。

長さ　　　　　８５ｍｍ内径　　　　２００　ｐ、ｍ外径　　　　２４０ルｍ空孔率　　　　４５％１１ｉ均孔径　　６５０人人工肺の膜面積は、内径基準にて、２．５ｍ″とした。

またｒ２＝７６ｍｍとした。

ｄ、およびｄｌを各種かえた人工肺を作製し、これに、
）ｌｔ　３５％、３７℃の牛血を血流ＩＱＢ２６ｆｉ／
ｍｉｎ、０２ガス量Ｖ＝６ＪＪ　／　ｍ　ｉ　ｎにて循
環させた。

」、記のとおり、酸素移動量の限界点は２４０ｍｕ／ｍ
ｉｎである。

また、落差脱血の際の圧力損失ΔＰの限界点は６０ｍｍ
Ｈｇである。

第５図には、ｔｉ２　＝４６％としたときのｄｌと酸素
移動量およびΔＰとの関係が示される。

第６図には、ｄｌ　＝２４％としたときのｄｌと酸素移
動量およびΔＰとの関係が示される。

第７図は、ｄ＋　／ｄ２と酸素移動量およびΔＰとの関
係が示される。

これらの結果から、本発す１における充填率による臨界
的結果があきらかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す縦断面図である。第２図、ｗ４３図および第４図は、それぞれ本発明の詳
細な説明するための模式図である。第５図は、ｄｌと酸素移動量およびΔＰとの関係を示す
グラフである。第６図は、ｄｌと酸素移動量およびΔＰとの関係を示す
グラフである。第７図は、ｄ１／ｄ２と酸素移動量およびΔＰとの関係
を示すグラフである。第８図は、本発明の他の実施例を示す縦断面図である。ｉ９図は、本発明のさらに別の実施例を示す斜視図であ
る。１・・・人工肺、　　　　？・・・ハウジング、２４・
・・ガス流入口、２６・・・ガス流出口、３・・・中空
糸膜、　３５・・・中空糸束、４１．４２・・・隔壁、
　５・・・ガス室、６１・・・血液流入口、６２．６５
・・・血液流出口第　１　図第２　図第　４　図も７図（ｈ　／　ｄｚ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ハウジングと、該ハウジング内においてハウジン
グの長手方向に沿って配置された多数のガス交換用の中
空糸膜の中空糸束と、該中空糸膜の再端部をその開口を
閉塞しない状態で上記ハウジングに液密に保持する隔壁
と、それぞれ上記中空糸膜の内部空間に連通するガス流
入口およびガス流出部と、上記隔壁と上記ハウジング内
壁と上記中空糸膜外壁とで画成される血液室と、それぞ
れ該血液室に連通しハウジングの一端部付近の側壁に設
けられた血液流入口およびハウジングの他端部付近に設
けられた血液流出部とを有し、隔壁部での中空糸束の充填率ｄ＿１が３０％以下であり
、ハウジング長手方向中央部での中空糸束の充填率ｄ＿
２が４０〜５０％であり、ｄ＿１／ｄ＿２が０．６以下
であることを特徴とする中空糸型人工肺。
（２）上記ｄ＿１／ｄ＿２が０．４〜０．６である特許
請求の範囲第１項に記載の中空糸型人工肺。
（３）上記中空糸の充填率ｄ＿１が２０〜３０％である
特許請求の範囲第１項またほ第２項に記載の中空糸型人
工肺。
（４）上記中空糸膜は、ポリオレフィン製多孔性中空糸膜であって、内径は１００〜１０００μｍ、肉厚１０〜２００μｍ、平均孔径は約２
００〜２０００Åかつ空孔率は２０〜８０％である特許
請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の中空
糸型人工肺。
（５）上記ポリオレフィン製多孔性中空糸膜は、ポリプ
ロピレン製多孔性中空糸膜である特許請求の範囲第４項
に記載の中空糸型人工肺。
（６）上記ハウジングの内壁は、長手方向の中央部付近
における内径を最小とし、その最小内径部より両端部方
向に拡張するテーパー状になっている特許請求の範囲第
１項に記載の中空糸型人工肺。